Di recente, due mondi completamente diversi si sono incontrati nel nostro laboratorio: il mondo dei trasmettitori radio a basso costo e il mondo dei costosi sistemi di registrazione dei segnali radio a banda larga.
Inizialmente, ci hanno contattato i nostri buoni amici per sviluppare un software per registrare un segnale a banda di 500 MHz. Non abbiamo potuto rifiutare. Era necessario farlo sulla scheda della compagnie «Instrumental Systems», con cui ho una lunga storia. All'inizio della mia carriera ingegneristica ho lavorato con il loro hardware e software.
Poi è venuto un caro amico di e ha chiesto di realizzare un sistema di posizionamento per droni senza GPS. Dice che bisognerebbe avviare uno spettacolo al chiuso. E anche all'esterno, ai giorni nostri, non è molto rassicurante lanciare nel cielo milioni su un GPS poco affidabile. Le interferenze e lo spoofing della navigazione satellitare .
Per il posizionamento senza satellite con un'accuratezza migliore di dieci centimetri in un'area fino a un chilometro, non ho trovato nulla tranne la tecnologia UWB. Da tempo sul mercato c'è un'azienda chiamata DecaWave, che produce il chip DW1000 e i moduli basati su di esso. Il chip è un transceiver UWB secondo lo standard IEEE 802.15.4-2011. A proposito, è un componente unico, con un design a doppio o addirittura triplo strato. Spero che nei prossimi anni riusciremo a esplorarne le profondità e a scriverne. Prima era impossibile farlo.
Ma oggi non parleremo di posizionamento, di questo ne discuteremo nelle prossime puntate.
Oggi registriamo il segnale del DW1000. E la banda di questo segnale è nientemeno che 1000 o 500 MHz, a seconda del numero di canale. «Casualmente» su un tavolo vicino c'era un computer con la scheda delle «Strumentali Sistemi» con il mezzanino FMC di Analog Devices.
È importante notare, per il pubblico ministero, che l'ADC AD9208 rappresenta oggi una tecnologia soggetta a sanzioni. Non è possibile acquistarlo legalmente in Russia, anche se a volte potrebbe esserlo molto. Ma questo specifico modulo è stato acquistato molto tempo fa, quando le sanzioni non esistevano ancora. È puro, come l'anima di un bambino. Spero che questa dichiarazione venga allegata al fascicolo e sarà tenuta in considerazione per l'imputato.
Non entreremo nei dettagli dello sviluppo del software per la registrazione del flusso di dati nella memoria del computer. Purtroppo, al momento non possiamo pubblicare il codice sorgente dell'applicazione per Linux. Ma speriamo di ottenere il permesso di farlo per la prossima volta. Vale la pena notare che non è stato facile, anche tenendo conto delle soluzioni software fornite da Instrumental Systems. L'ADC stesso e il sistema di temporizzazione e uscita dei dati secondo la tecnologia JESD204B sono abbastanza complessi da comprendere, e nel modulo di AD sono stati necessari anche dei patch hardware. Il segnale REFCLK è essenziale per il sistema di ingresso, ma entra nel modulo sulle pinne sbagliate del connettore FMC e, di conseguenza, non arriva ai pin corretti del FPGA. Abbiamo dovuto applicare un patch, visibile nella foto qui sotto — due fili rossi. Ci sono stati ovviamente dubbi sul fatto che sarebbe funzionato. La frequenza del segnale di clock è alta — 375 MHz, e il patch è brutto. Ma il sistema ha funzionato.
Tutta la cucina appare così.
Qui si può notare un computer con un buon sistema di I/O, una scheda FMC126P e un mezzanino AD9208-3000EBZ. Tra i generatori: un generatore da 3000 MHz per il clock dell'ADC e un generatore da 770 MHz per il REFCLK. Cavi con connettori SMA collegano i generatori e forniscono il segnale di ingresso.
La velocità di dati grezzi in uscita dall'ADC, senza badare a spese, è di 12 GB/s da due canali. Secondo le misurazioni e la dichiarazione del produttore della scheda FMC126P, la velocità massima di ingresso è di 5 GB/s. Pertanto, nell'ADC abbiamo utilizzato solo un canale e lo abbiamo fatto passare attraverso il DDC (Digital Down Converter) integrato nell'AD9208 con una decimazione di quattro. In questo modo, il flusso di dati è stato di 3 GB/s (frequenza di campionamento di 750 MHz, segnale complesso a 16 bit).
Controllare che il sistema riesca a registrare i rapporti è molto semplice: basta tenere d'occhio i bit di stato FIFO del FPGA che bloccano. Se durante la notte non c'è stato alcun evento di Overflow FIFO, il bit non verrà attivato. E possiamo felicemente affermare che non ci sono state perdite di conteggi. Ovviamente, controlliamo in anticipo che il tracciamento dei bit di stato funzioni. Controlliamo anche il segnale dal file per assicurarci che la qualità della registrazione del segnale ADC corrisponda alla documentazione.
Ma quale segnale meriterebbe un tale sistema di input? Certamente l'UWB dal tavolo accanto!
Fortunatamente, per il sistema di posizionamento dei droni abbiamo scelto una frequenza di canale di 4 GHz. Questo corrisponde ai canali 4 e 2 nella terminologia del DW1000 (Figura 13 del datasheet). Abbiamo realizzato un'antenna integrata sulla scheda per questa frequenza, o meglio, per questo intervallo. Accordarla su una larghezza di banda così ampia non è stato semplice. Ma il risultato è stato sorprendente! Alcuni dicono che somiglia a un simbolo... con orecchiette.
Il segnale a 4 GHz con una larghezza di banda di 500 MHz rientra nella terza banda di Nyquist e ha intervalli protettivi sufficienti per evitare l'overlap spettrale. Pertanto, abbiamo semplicemente applicato il segnale DW1000 direttamente all'ingresso ADC AD9208.
Abbiamo ricevuto due file: uno con una frequenza PRF di 64 MHz, l'altro a 16 MHz. La velocità di trasmissione è stata impostata al minimo per il DW1000 — 110 kbit/s.
Questo file, questo è . Attenzione, i file sono enormi!
Nel primo file vediamo pacchetti della durata di circa 750 campioni o 1000 nanosecondi.
Nel secondo file i pacchetti sono quattro volte più brevi.
E questo è perfettamente in linea con lo standard IEEE 802.15.4-2011 per il livello fisico UWB:
La modulazione all'interno del pacchetto è simile alla fase, il che corrisponde a quanto specificato nello standard BPSK. Puoi trovare il standard online, cerca 'IEEE 802.15.4-2011'.
Se si amplia un po' la finestra temporale di osservazione, si possono vedere anche irregolarità nella sequenza dei pacchetti, che corrisponde alla descrizione della modulazione ibrida IEEE 802.15.4-2011 UWB — modulazione fase posizione (BPM-BPSK).
In generale, trovo il chip DW1000 e la modulazione di questo UWB PHY straordinari, qualunque cosa significhi, a livello militare JTIDS. È la mia nuova passione. Continua a seguire!
Da un lato, esamineremo il DW1000, dall'altro, approfondiremo lo standard IEEE 802.15.4.
Fonte: habr.com
